مبانی سرمایش تراکمی (بخش دوم)

۵ ماه قبل ۲۷۳ ۰

اثر تبرید

مقدار حرارتی که واحد جرم مبرد از فضاي سرد شونده جذب می‌کند، اثر تبرید نامیده می‌شود. مثلا وقتی یک پوند یخ ذوب می‌شود، از هواي محیط و مواد اطراف خود حرارتی معادل حرارت نهان ذوب جذب می‌نماید. در صورتی که یخ در دماي 32 درجه فارنهایت ذوب شود،   Btu/lb 144 حرارت جذب می‌کند. بنابراین اثر تبرید یک پوند یخ  Btu 144 خواهد بود.

ظرفیت سیستم

ظرفیت یک سیستم تبرید برابر شدت جذب حرارت از فضاي سرد شونده می‌باشد و برحسب Btu/lb بیان می‌شود و چون شدت انتقال انرژي می‌باشد، نمایشی از توان خواهد بود.

ظرفیت یک سیستم تبرید مکانیکی به دو عامل بستگی دارد:

1.جرم مبرد جریانی در سیستم در واحد زمان.

2.اثر تبرید واحد جرم مبرد. این عبارت به صورت 𝑄𝑒 = m x qe نشان داده میشود.

در رابطه فوق Qe ظرفیت تبرید برحسب بی تی یو بر ساعت، m دبی جرمی مبرد برحسب lb/min و qe اثر تبرید برحسب Btu/hr می‌باشد.

دبی حجمی بخار مبرد

حجم بخار تولید شده از تبخیر هر lb مبرد، به نوع مبرد و دماي تبخیر بستگی دارد. در یک مبرد به خصوص حجم بخار حاصل تنها به درجه حرارت تبخیر بستگی دارد و با کاهش آن (و کاهش فشار) افزایش می‌یابد. با معلوم بودن درجه حرارت تبخیر مبرد، می‌توان حجم واحد جرم بخار (حجم ویژه) را مستقیما از جداول بخار اشباع به دست آورده و با ضرب آن در دبی جرمی مبرد، حجم کل بخار ایجاد شده در اواپراتور را در واحد زمان تعیین نمود. یعنی:

V = m x U

که در آن :

V : حجم بخار تولید شده در اواپراتور برحسب فوت مکعب بر پوند

m : دبی جرمی مبرد در دماي تبخیر برحسب فوت مکعب بر پوند

U : حجم ویژه بخار در دماي تبخیر برحسب فوت مکعب بر پوند

ظرفیت کمپرسور

در هر سیستم تبرید مکانیکی، ظرفیت کمپرسور بایستی به حدي باشد که بخار را با همان شدت تولید آن در اواپراتور از آن خارج نماید. در صورتی که تبخیر مبرد بیشتر از مقداري باشد که کمپرسور بتواند آن را بگیرد، در اواپراتور بخار اضافی جمع شده و موجب افزایش فشار اواپراتور و دماي تبخیر مایع می‌شود و اگر ظرفیت کمپرسور بیشتر از شدت تولید بخار در اواپراتور باشد، فشار اواپراتور و سیستم تبرید، رضایت بخش نخواهد بود. شرط طراحی ایده‌آل یک سیستم تبرید مکانیکی، ایجاب می‌کند که ظرفیت جابجایی کمپرسور انتخابی چنان باشد که بتواند بخار را با همان شدت تولید آن در اواپراتور جا به جا نماید.

نمودارهای سیکل تبرید

براي شناسایی کامل یک سیکل تراکمی تبخیري، نه تنها به مطالعه دقیق هر یک از تحولات به وجود آورنده سیکل نیازمندیم، بلکه شناخت روابط مابین تحولات و تاثیر‌ی که تغییر هر یک از آن‌ها بر رو‌ی سایر تحولات سیکل می‌گذارد، لازم است. این امر با استفاده از نمودارهایی که بتوان سیکل را به صورت گرافیکی بر روي آنها نمایش داد، خیلی ساده خواهد شد. نمایش گرافیکی سیکل تبرید، امکان مطالعه تغییرات مختلف شرایط مبرد در طول سیکل و تاثیر هر یک از آن‌ها بر رو‌ی سیکل را بدون به خاطر سپردن مقادیر عددي مختلف میسر می‌سازد. دیاگرام‌هایی که به طور گسترده در تحلیل سیکلها‌ی تبرید مورد استفاده قرار می‌گیرند، دیاگرام فشار – آنتالپی (P – H) و دیاگرام درجه حرارت – آنتروپی (T – S) می‌باشند که به دلیل مفید‌تر بودن دیاگرام فشار – آنتالپی، از این دیاگرام استفاده می‌گردد.

نمودار فشار-آنتالپی

نمونه‌ای از دیاگرام فشار – آنتالپی براي مبرد R12 در شکل زیر نشان داده شده است و می‌توان حالت ترمودینامیکی مبرد را به صورت نقطه‌ای بر روي آن مشخص نمود. با معلوم بودن دو مشخصه، از خواص ترمودینامیکی مبرد، می‌توان نقطه مورد نظر را روي دیاگرام تعیین نمود و بدین ترتیب سایر مشخصات آن را مستقیما از دیاگرام به دست آورد.

نمودارد فشار-آنتالپی مبرد R12

 

همانطور که در شکل مشاهده می‌شود، نمودار (p – h) از سه قسمت تشکیل شده است که به وسیله مخلوط مایع و بخار اشباع از یکدیگر جدا می‌شوند. ناحیه سمت چپ خط مایع اشباع ناحیه مادون سرد نامیده می‌شود و در هر نقطه‌ای از آن، مبرد در فاز مایع می‌باشد و دماي آن از دماي اشباع فشار مربوطه‌اش کم‌تر است. قسمت سمت راست خط بخار اشباع، ناحیه بخار داغ (سوپرهیت) می‌باشد. قسمتی از نمودارکه مابین خطوط مایع و بخار اشباع قرار دارد، ناحیه مخلوط است و تغییر حالت مبرد، بین فاز مایع و بخار را نشان می‌دهد. یعنی در هر نقطه‌ای در این ناحیه، مبرد به صورت مخلوطی از مایع و بخار می‌باشد. در هر فشار ثابتی می‌توان آنتالپی مایع و بخار اشباع را با استفاده از نمودار، از روي محور افقی به دست آورد. اختلاف این دو مقدار آنتالپی، حرارت نهان مبرد در همان فشار ثابت می‌باشد.

نمودار فشار-آنتالپی

 

چون حرارت نهان تبخیر مبرد متناسب با فشاري که در آن تغییر فاز رخ می‌دهد، تغییر می‌کند، خطوط مایع و بخار اشباع دقیقا موازي یکدیگر نمی‌باشند. در این نمودار تغییر فاز از حالت مایع به بخار از چپ به راست و تغییر فاز از بخار به ما یع از راست به چپ می‌باشد. مخلوط مایع و بخار در نزدیکی خط مایع اشباع عمدتا از مایع تشکیل می‌شود، در حالی که در نزدیکی خط بخار اشباع درصد بیشترش به صورت بخار است. خطوط کیفیت ثابت که در قسمت مرکزي نمودار از بالا به پائین و تقریباً موازي خطوط مایع و بخار اشباع رسم شده اند درصد جرمی بخار موجود در خطوط را نشان می‌دهند. مثلا در هر نقطه‌ای بر روي نزدیک ترین خط کیفیت ثابت به خط مایع اشباع، کیفیت مخلوط مایع و بخار 10% می‌باشد و این بدان معنی است که 10% جرمی مخلوط را بخار تشکیل می‌دهد. به این ترتیب کیفیت مخلوط در هر نقطه‌ای روي نزدیک‌ترین خط کیفیت ثابت به خط بخار اشباع، 10% خواهد بود که نشان می‌دهد 10% مخلوط را بخار تشکیل می‌دهد. پس در هر نقطه‌ای روي خط مایع اشباع، مبرد به صورت مایع اشباع و در هر نقطه‌ای رو خط بخار اشباع مبرد به صورت بخار اشباع خواهد بود. خطوط افقی نمودار، خطوط فشار ثابت و خطوط قائم آن، خطوط آنتالپی ثابت می‌باشند.

 

نمودار فشار-آنتالپی

 

در ناحیه مادون سرد، خطوط دما ثابت، تقریبا دائم و موازي خطوط آنتالپی ثابت می‌باشند ولی در قسمت مرکزي نمودار، چون تغییرحالت مبرد در دمای فشار ثابت انجام می‌شود، خطوط دما، ثابت، موازي و منطبق بر خطوط فشار ثابت بوده و از خط بخار اشباع به بعد در ناحیه سوپر هیت، جهت خود را سریعا به طرف پائین نمودار تغییر می‌دهند. خطوط مستقیمی که به صورت مورب و تقریبا قائم در ناحیه سوپر هیت رسم شده‌اند، خطوط انتروپی ثابت و خطوط منحنی تقریبا افقی، خطوط حجم ثابت می‌باشند.

در هر سیکل تبرید مقادیر لازم براي هر یک از خواص مبرد در هر نقطه‌ای از تحول را می‌توان مستقیما از نمودار (p – h) به دست آورد. براي سادگی، تعداد خطوط در روي نمودار در حداقل نگه داشت شده‌اند و به همین دلیل، مقادیر خواص مبرد در بعضی از نقاط سیکل که از اهمیت خاصی برخوردار نیستند، از نمودار حذف شده‌اند. براي مثال در ناحیه مایع مادون سرد و قسمت مرکز نمودار، مقادیر انتروپی و حجم ثابت چندان مهم نبوده و از نمودار حذف شده‌اند. چون نمودار (p – h) براساس یک کیلوگرم از جرم مبرد پایه‌گذاري شده است،حجم داده شده، حجم ویژه برحسب متر مکعب بر کیلوگرم، آنتالپی برحسب کیلوژول بر کیلوگرم و آنتروپی برحسب کیلوژول بر کیلوگرم بر کلوین خواهد بود. مقادیر آنتالپی از روي محور افقی پائین نمودار قرائت می‌شود و مقادیر انتروپی و حجم ویژه روي خطوط مربوطه نوشته شده است. به لحاظ این که نقطه مبناي آنتالپی و انتروپی اختیاري می‌باشند، فرض شده است که آنتالپی مایع در صفر درجه سانتیگراد 200 kj/kg و انتروپی آن یک کیلوژول بر کیلوگرم بر کلوین می‌باشد. فشار مطلق از روي محور عمودي سمت چپ نمودار برحسب بار، قابل قرائت می‌باشد و دما برحسب درجه سانتیگراد در روي خطوط دما ثابت در نواحی مختلف نوشته شده است.

 

لینک های مرتبط

مبانی سرمایش تراکمی (بخش اول)

 

نگارش : محمد جعفر نیری، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه